Εισαγωγή:
Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τα πηκτικά, τα κροκιδωτικά και τα πηκτικά βοηθήματα στην επεξεργασία λυμάτων. Αυτοί οι παράγοντες απαιτούνται για την πήξη και την καθίζηση, την επίπλευση και την προετοιμασία και την αφυδάτωση της λάσπης. Για τη ρύθμιση του pH απαιτούνται επίσης οξέα και αλκάλια. Αυτό το άρθρο θα εισαγάγει αυτούς τους παράγοντες από διάφορες οπτικές γωνίες, συμπεριλαμβανομένης μιας εννοιολογικής εξήγησης, μιας συγκριτικής ανάλυσης των συνήθως χρησιμοποιούμενων παραγόντων και παραγόντων που επηρεάζουν την επιλογή των πρακτόρων!
I. Εννοιολογική εξήγηση
1. Πήξη
Η κύρια λειτουργία της πήξης είναι η συμπίεση του ηλεκτρικού διπλού στρώματος ή η φόρτιση εξουδετερώνει το νερό, προκαλώντας την αποσταθεροποίηση των μικροσκοπικών κολλοειδών σωματιδίων και την αρχική συσσώρευση για να σχηματίσουν λεπτές κροκίδες (μικροφλοκίδες). Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνεται κυρίως από πηκτικά, τυπικά θετικά φορτισμένα ανόργανα άλατα.
2. Κροκίδωση
Κυρίως μέσω της προσρόφησης, της γεφύρωσης και της επανασύνδεσης{0}}κροκώματος, οι ήδη αποσταθεροποιημένες λεπτές κροκίδες γίνονται κολλοειδείς περαιτέρω, συσσωματώνονται και διευρύνονται για να σχηματίσουν πυκνές, μεγάλες κροκίδες (κροκίδωση) που καθιζάνουν ή επιπλέουν εύκολα. Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνεται κυρίως από κροκιδωτικά (συνήθως πολυμερή υψηλού μοριακού βάρους).
3. Πηκτικά Βοηθήματα
Αυτά είναι πηκτικά που προστίθενται για τη βελτίωση της απόδοσης πήξης/ κροκίδωσης ή για την αντιμετώπιση συγκεκριμένων προκλήσεων ποιότητας του νερού. Δεν είναι τα ίδια τα πρωτεύοντα πηκτικά ή κροκιδωτικά, αλλά έχουν έναν συμπληρωματικό, ενισχυτικό ρόλο, όπως η ρύθμιση του pH, η αύξηση του βάρους του κροκιδώματος, η βελτίωση της δομής του κροκιδώματος και οι οξειδωτικές παρεμβαλλόμενες ουσίες.
II. Ταξινόμηση και Συγκριτική Ανάλυση Συχνά Χρησιμοποιούμενων Πηκτικών
(Ι) Πηκτικά
Αντιπρόσωποι:
Θειικό Αλουμίνιο: Το πιο παραδοσιακό και ευρέως χρησιμοποιούμενο.
Χλωριούχο Πολυαλουμίνιο (PAC): Αντιπροσωπευτικό ανόργανο πολυμερές πηκτικό.
Χλωριούχος σίδηρος (FeCl3): Ένα από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα άλατα σιδήρου.
Θειικός σίδηρος (FeSO4·7H2O): Απαιτεί οξείδωση σε σίδηρο σιδήρου υπό αλκαλικές συνθήκες για να λειτουργήσει.
Θειικό πολυσίδηρο (PFS): Ένα ανόργανο πολυμερές πηκτικό άλατος σιδήρου.
Μηχανισμός δράσης: Η υδρόλυση παράγει κατιόντα μετάλλων υψηλού{{0}δύναμου (Al+, Fe+) και τα υδροξείδια τους, τα οποία αποσταθεροποιούν το κολλοειδές μέσω συμπίεσης διπλής-στοιβάδας και εξουδετέρωσης φορτίου.
Συγκριτική Ανάλυση:
PAC/PFS: Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά άλατα θειικού αλουμινίου/σιδηρούχου, προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως μειωμένη δοσολογία, γρήγορο και πυκνό σχηματισμό κροκίδωσης, εξαιρετική απόδοση καθίζησης, ευρύτερο εύρος pH (το PAC είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό στο ουδέτερο εύρος), καλύτερη προσαρμοστικότητα σε χαμηλή{{0} θερμοκρασία, σχετικά χαμηλή υπολειμματική ικανότητα αλουμινίου (PAC low corroi). Το κόστος είναι γενικά υψηλότερο από τα παραδοσιακά άλατα αλουμινίου/σιδηρούχου, αλλά λόγω της υψηλής απόδοσης τους, το συνολικό κόστος μπορεί να είναι χαμηλότερο.
Θειικό αλουμίνιο: Σχετικά φθηνό και με μεγάλη εμπειρία εφαρμογής. Ωστόσο, το αποτελεσματικό εύρος pH του είναι στενό (βέλτιστο pH 5,5{3}}8, συνήθως 6,5-7,5), κακή απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία, ελαφρά και χαλαρά κροκίδια, αργή καθίζηση, μεγάλη παραγωγή λάσπης και μέση απόδοση αφυδάτωσης. Τα απόβλητα μπορεί να περιέχουν υψηλά υπολειμματικά αλουμίνιο (ενδεχομένως εγείρουν ανησυχίες για την υγεία).
Άλατα σιδήρου (FeCl3, FeSO4): Σχηματίζουν βαρύτερες, πυκνότερες κροκίδες από τα άλατα αλουμινίου, καθιζάνουν ταχύτερα και έχουν ευρύ φάσμα pH (το FeCl3 είναι αποτελεσματικό σε pH 4-12, ενώ το FeSO3 απαιτεί οξείδωση για να είναι αποτελεσματικό). Προσαρμόζονται καλά σε χαμηλές θερμοκρασίες και είναι εξαιρετικά στην αφαίρεση χρώματος και σουλφιδίων. Ωστόσο, είναι πολύ διαβρωτικά (ειδικά FeCl3) και το επεξεργασμένο νερό μπορεί να χρωματιστεί (κίτρινο ή κόκκινο). Το FeSO4 δεν είναι βολικό στη χρήση (απαιτείται οξείδωση) και το υπόλειμμα σιδήρου των εκροών μπορεί να υπερβαίνει το πρότυπο (προκαλώντας προβλήματα χρώσης).
(II) Κροκιδωτικά
Αντιπρόσωποι:
Συνθετικά Οργανικά Πολυμερή (PAM): Το PAM μπορεί να χωριστεί σε τρεις τύπους: ανιονικό πολυακρυλαμίδιο, που χρησιμοποιείται συνήθως για πήξη και καθίζηση, με αρνητικά φορτισμένες μοριακές αλυσίδες. κατιονικό πολυακρυλαμίδιο, που χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της λάσπης και την αφυδάτωση, με θετικά φορτισμένες ομάδες όπως άλατα τεταρτοταγούς αμμωνίου. και μη ιοντικό πολυακρυλαμίδιο.
Τροποποιημένα φυσικά οργανικά πολυμερή: Παραδείγματα περιλαμβάνουν τροποποιημένο άμυλο και χιτοζάνη (κατιονική).
Μηχανισμός δράσης: Οι ενεργές ομάδες (αρνητικά, θετικά ή ουδέτερα φορτισμένες) στην αλυσίδα του πολυμερούς προσροφούνται σε πολλαπλά αποσταθεροποιημένα σωματίδια ή μικροφλοκίδες, συνδέοντάς τα μέσω "γέφυρας προσρόφησης" για να σχηματίσουν μεγάλες, πυκνές κροκίδες. Η δράση εκ νέου συμπαρασύρσεως της πολυμερούς αλυσίδας βοηθά επίσης στη σύλληψη λεπτών σωματιδίων.
Συγκριτική Ανάλυση:
Κατιονικό PAM: Χρησιμοποιείται πιο ευρέως στην επεξεργασία νερού, ιδιαίτερα για αρνητικά φορτισμένα κολλοειδή και αιωρούμενα στερεά (τα περισσότερα σωματίδια λυμάτων είναι αρνητικά φορτισμένα). Όχι μόνο γεφυρώνει αλλά έχει και-εξουδετερωτικό αποτέλεσμα. Είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό στη βελτίωση της απόδοσης αφυδάτωσης της λάσπης. Το μοριακό του βάρος είναι τυπικά υψηλό (εκατομμύρια έως δεκάδες εκατομμύρια) και η δοσολογία του είναι εξαιρετικά χαμηλή (συνήθως 0,1-10 ppm). Πρέπει να δίνεται προσοχή στην επιλογή της κατάλληλης ιονικότητας και μοριακού βάρους για να αποφευχθεί η υπερδοσολογία, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε επανασταθεροποίηση των κολλοειδών (αντιστροφή φόρτισης).
Ανιονικό PAM: Βασίζεται κυρίως στη γεφύρωση προσρόφησης. Χρησιμοποιείται συνήθως για την επεξεργασία θετικά ή ουδέτερα φορτισμένων αιωρούμενων στερεών ή για την περαιτέρω ενίσχυση της κροκίδωσης μετά από κατεργασία με ανόργανο πηκτικό (στην περίπτωση αυτή οι μικροφλοκίδες είναι θετικά φορτισμένες). Είναι πιο αποτελεσματικό για πολύ θολό νερό.
Ουδέτερο PAM: Βασίζεται κυρίως στην προσρόφηση και τη γεφύρωση. Κατάλληλο για ηλεκτρικά ουδέτερα ή ασθενώς φορτισμένα συστήματα. Είναι πιο σταθερό από το ιοντικό PAM σε όξινες συνθήκες (pH < 4) ή υψηλή αλατότητα.
Φυσικά τροποποιημένα πολυμερή: όπως η χιτοζάνη (κατιονική), είναι μη-τοξικά και βιοαποδομήσιμα και χρησιμοποιούνται συχνά στην επεξεργασία τροφίμων και πόσιμου νερού ή σε ευαίσθητες εφαρμογές. Ωστόσο, έχουν συνήθως μικρότερα μοριακά βάρη, χαμηλότερες πυκνότητες φορτίου, είναι λιγότερο σταθερά από το συνθετικό PAM και μπορεί να είναι πιο ακριβά.
(III) Πηκτικά
1. Ρυθμιστές pH
Αντιπροσωπευτικοί παράγοντες: Ασβέστης (Ca(OH)2), υδροξείδιο του νατρίου (NaOH), ανθρακικό νάτριο (Na2CO3), θειικό οξύ (H2SO4), διοξείδιο του άνθρακα (CO2).
Λειτουργία: Ρυθμίζει το pH του ακατέργαστου νερού στο εύρος όπου το πηκτικό είναι πιο αποτελεσματικό. Για παράδειγμα, το βέλτιστο pH για τα άλατα αλουμινίου είναι περίπου 6,5-7,5, ενώ για τα άλατα σιδήρου είναι ευρύτερο (4-12) και για το PAC (5-9). Ο ασβέστης αφαιρεί επίσης τον φώσφορο και βοηθά στην παραγωγή πηκτικών (παρέχοντας Ca2+).
2. Παράγοντες στάθμισης Floc
Αντιπροσωπευτικοί παράγοντες: Ενεργό πυρίτιο, μπεντονίτης, καολίνη.
Λειτουργία: Αυξάνει την πυκνότητα και το βάρος του κροκιδώματος, επιταχύνει τον ρυθμό καθίζησης και βελτιώνει την απόδοση της δεξαμενής καθίζησης. Ιδιαίτερα κατάλληλο για νερό χαμηλής-θερμοκρασίας, χαμηλής-θολότητας (ελαφριά κροκίδες δύσκολα καθιζάνουν) ή υψηλής-θολότητας (δημιουργώντας μεγαλύτερα, πυκνότερα κροκίδια). Το ενεργό πυρίτιο παρέχει επίσης πυρήνες προσρόφησης και βελτιώνει τη δομή των κροκιδών.
3. Οξειδωτικά
Αντιπροσωπευτικοί παράγοντες: Χλώριο (Cl2), υποχλωριώδες νάτριο (NaClO), υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4), όζον (O3).
Λειτουργία: Οξειδώνει και αποσυνθέτει οργανική ύλη (όπως το χουμικό οξύ) στο νερό που παρεμβαίνει στην πήξη, καταστρέφοντας τη σταθερότητα και τις προστατευτικές του ιδιότητες. οξειδώνει και απομακρύνει αναγωγικές ουσίες (όπως Fe2+ έως Fe3+). και απολυμαίνει (έμμεσα).
4. Άλλοι
Πολυφωσφορικά/Φωσφορικά: Μια μικρή ποσότητα μπορεί να σταθεροποιήσει τα ιόντα σιδήρου στο νερό και να αποτρέψει την καθίζηση. υπερβολικές ποσότητες μπορεί να επηρεάσουν την πήξη. Η απομάκρυνση του φωσφόρου απαιτεί αυστηρό έλεγχο.
Κατιονικά πολυμερή μικρών μορίων: Μερικές φορές χρησιμοποιούνται ως προπηκτικά ή πηκτικά βοηθήματα για την ενίσχυση της εξουδετέρωσης φορτίου.
III. Παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή του πράκτορα
1. Ποιότητα νερού
Τύπος και συγκέντρωση ρύπων: Κολλοειδή, αιωρούμενα στερεά, οργανική ύλη (COD/BOD), χρώμα, θολότητα, θρεπτικά συστατικά (N/P), pH, θερμοκρασία, αλκαλικότητα, σκληρότητα, αλατότητα, δυναμικό οξειδοαναγωγής, κ.λπ. Το PAC ή τα άλατα σιδήρου + το ενεργοποιημένο πυρίτιο είναι πιο αποτελεσματικά για την επεξεργασία του νερού χαμηλής-θερμοκρασίας και χαμηλής-θολότητας.
Ιδιότητες φορτίου: Τα κολλοειδή σωματίδια είναι συνήθως αρνητικά φορτισμένα, καθιστώντας τα κατιονικά πηκτικά και κροκιδωτικά (PAC, CPAM) ιδιαίτερα αποτελεσματικά.
2. Στόχοι θεραπείας
Κύριος στόχος αφαίρεσης: αιωρούμενα στερεά/θολότητα, φώσφορος, COD, χρώμα, βαρέα μέταλλα ή άλλα.
Απαιτήσεις ποιότητας εκροών: Όρια για SS, TP, χρώμα, υπολειμματικά μεταλλικά ιόντα (Al/Fe) κ.λπ.
Χαρακτηριστικά λάσπης: Είναι εύκολο να καθιζάνει, να συμπυκνώνεται και να αφυδατώνεται;
3. Διαδικασία θεραπείας
Η παραδοσιακή καθίζηση, η επίπλευση, οι διαυγαστές-υψηλής ταχύτητας και ο διαχωρισμός μεμβράνης (για την ελαχιστοποίηση της ρύπανσης της μεμβράνης) έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για το μέγεθος, την πυκνότητα και την αντοχή του κροκιδώματος. Η επίπλευση απαιτεί ελαφρύτερα, πιο πλευστά κροκίδια.
4. Οικονομική Αποδοτικότητα
Χημικό κόστος: Τιμή μονάδας και δοσολογία.
Κόστος λειτουργίας: Εξοπλισμός (αντλίες, ανάδευση, αποθήκευση), κατανάλωση ενέργειας, εργασία και κόστος επεξεργασίας και διάθεσης λάσπης (οι διάφορες χημικές ουσίες διαφέρουν σημαντικά ως προς τον όγκο της λάσπης και την απόδοση αφυδάτωσης).
Συνολικό κόστος: Τα χημικά υψηλής απόδοσης{{0} (όπως το PAC και το CPAM) μπορεί να έχουν υψηλότερη τιμή μονάδας, αλλά η μειωμένη τους δόση, τα καλύτερα αποτελέσματα και το χαμηλότερο κόστος επεξεργασίας της λάσπης μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερο συνολικό κόστος.
5. Λειτουργική Διαχείριση και Ασφάλεια
Διαλυτότητα, ευκολία παρασκευής και δοσολογίας και σταθερότητα.
Διαβρωτικότητα, τοξικότητα και ασφάλεια αποθήκευσης (π.χ. η ισχυρή διαβρωτικότητα του FeCl3 και ο κίνδυνος έκρηξης σκόνης από ξηρή σκόνη PAM).
Επιπτώσεις στην υγεία των εργαζομένων και στο περιβάλλον.
IV. Συμπεράσματα και συστάσεις
Η επιλογή θρομβωτικών-παραγόντων κροκίδωσης στην επεξεργασία λυμάτων είναι μια πολύπλοκη και κρίσιμη απόφαση. Δεν υπάρχει καθολικά εφαρμόσιμος παράγοντας. Στην πρακτική εφαρμογή, θα πρέπει να τηρούνται οι ακόλουθες αρχές:
1. Ακριβής διάγνωση και στοχευμένη θεραπεία: Πρέπει να πραγματοποιηθεί λεπτομερής ανάλυση της ποιότητας του νερού (όπως θολότητα, COD, TP, pH, θερμοκρασία και δυναμικό ζήτα) για να προσδιοριστεί με σαφήνεια το βασικό πρόβλημα.
2. Πήξη ακολουθούμενη από κροκίδωση για συνεργιστική αποτελεσματικότητα: Συνήθως προστίθεται πρώτα ένα πηκτικό (όπως το PAC) για να αποσταθεροποιήσει το κολλοειδές, ακολουθούμενο από ένα κροκιδωτικό (όπως το CPAM) για την προώθηση της ανάπτυξης κροκίδωσης και καθίζησης. Ο συνδυασμός PAC + CPAM είναι αυτή τη στιγμή η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη προσέγγιση.
3. Δώστε έμφαση στην ευέλικτη χρήση πηκτικών βοηθημάτων: Όταν ο κύριος παράγοντας είναι αναποτελεσματικός (π.χ. χαμηλή θερμοκρασία και χαμηλή θολότητα), η κατάλληλη επιλογή ενός πηκτικού βοηθήματος (όπως το ενεργοποιημένο πυριτικό οξύ) μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τα αποτελέσματα.
4. Ενίσχυση της πειραματικής επικύρωσης: Οι πιλοτικές δοκιμές είναι τα πιο σημαντικά μέσα για τον έλεγχο χημικών τύπων, τον προσδιορισμό της βέλτιστης δόσης και του pH και την πρόβλεψη της αποτελεσματικότητας. Πριν από την εφαρμογή του έργου πρέπει να πραγματοποιηθούν διεξοδικές δοκιμές ανάδευσης.
5. Στοιχεία κόστους πλήρους-κύκλου: Λάβετε υπόψη όχι μόνο τη μοναδιαία τιμή της χημικής ουσίας, αλλά και μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση παραγόντων όπως η δόση, η αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας, η παραγωγή λάσπης και η απόδοση της αφυδάτωσης και το κόστος συντήρησης του εξοπλισμού.
6. Εστίαση στην ασφάλεια και το περιβάλλον: Δώστε προτεραιότητα σε χημικές ουσίες που είναι εξαιρετικά αποτελεσματικές, χαμηλής-τοξικότητας, χαμηλών-υπολειμμάτων (π.χ. αποφύγετε τη χρήση αλάτων αλουμινίου στο πόσιμο νερό) και εύχρηστες. Δώστε έμφαση στην προστασία του χειριστή και στην ασφάλεια αποθήκευσης χημικών.